Преобразователь переменного напряжения в постоянное

О П И С А Н И Е о 748735ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик 61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 20,02,78 (21) 2580932/2 с присоединением заявки Ж(51)М. К 02 М 7 12 1 Ъвударственньй винте СССР не делам нэобретеннй н отнрытнй(7 г) Авторы изобретен П. Обрусни А. А. Мазунов, А. В. Кобзе 71) Заявител 54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИВ ПОСТОЯННОЕ пряжени Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электропитания мощных низко- и инфранизкочастотных им. пульсных устройств в электроустановок с технологически - и эксплуатационно-неизбежными токовыми перегрузками (зарядных, галь. ванических, электрохимических, электротермических и т.д,).Известны выпрямительные устройства, ун. равляемые дросселями насыщения, включенны. ми последовательно с первичными нли вторичными обмотками силового трансформатора и последовательно с вентилями выпрямитель.ного моста 111.Из выпрямительных устройств этого типа лучшими технико экономическими показателями обладают устройства, регулируемые дросселями насыщения с совмещенными обмотками (ДНС)Одними из основных недостатков устройств на базе ДНС являются низкий КПД (не бо. лее 15 - 30%) и относительно большие мощ ность, габариты и масса регулируемого в широких пределах источника подмагничивания.дросселей, поскольку ток подмагйичивания приблизительно равеннагрузки и в мощных у тро д тнескольких сотен, тысяч ампер, а на еисточника в силу малого сопротивления обмо.ток дросселей не превышает долей, единицвольт.Известны также выпрямительные устройства,у которых дроссели насыщения с совмещенными обмотками управляются пофазно им.пульсным способом 2 и (3).В выпрямительных устройствах, работающихв режиме частых технологических перегрузо 1 с(вплоть до коротких замыканий в нагрузке),зашита от статических токов перегрузки икороткого замыкания в нагрузке осуществляется дросселями насыщения, которые принеизменном токе управления обеспечиваютвыпрямительному устройству свойства источника тока, Ограничение динамических бросковтока через силовые элементы схемы осущест.20вляется линейными дросселями, включеннымипоследовательно с блокирующими вентилямиисточников подмагничивания. Сглаживаниепульсаций выпрямленного напряжения произ48735 4 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 3 -" 7 водится линейным дросселем, включенным в цепь нагрузки.Ток короткого замыкания выпрямитель- ного устройства может в десятки раз превышать номинзльный рабочий ток, и для его ограничения требуется увеличение габаритной мощности ДНС, что, естественно, связано сувеличением их массы и габаритов. Это явление объясняется тем, что при сопротивлении нагрузки близком к нулю двух.трехвентильный режим работы выпрямительного устройства переходит в режим поочередного двух-трехфаз. ного короткого замыкзния, поскольку ненасы. щенные ДНС фаз в контуре коммутации оказываются зашунтированнымй насыщенными ДНС через цель управления. Ток нагрузки при этом увеличивается, несмотря на то, что ток управления остается неизменным. Далее при сопротивлении нагрузки равном нулю наступает режим трехфазного короткого замыкания, ток которого ограничивается только ,активными и реактивными сопротивлениями обмоток ДНС и трансформатора.Наличие трех линейных дросселей в цепях управления ДНС и линейного дросселя в цепи нагрузки также значительно увеличивают массуи габариты вы.трямительного устройства, При этом габаритная мощность лине 1 гного дросс ля в цепи нагрузки и технологичность его изготовления в сильной мере зависят от мощности выпрямителя, величины выпрямленного напряжения и тока нагрузки. В высоковольтном выпрямитсльном устройстве (в несколькоединиц, десятков кВ) габаритная мощность дросселя фильтра по сравнению с низковольтнъ 1 м выпрямителем увеличивается на 20 - 40% из-за увеличения межелоевой изоляции обмот-ки и,изоляционных промежутков ее от магнитопровода, В выпрямителях на большиетоки (в несколько десятков, сотен ампер)габариты дросселя фильтра также увеличиваются на 15 - 36% за счет худщей укладки прово.да большого сечения в окне магнитопроводз.Наиболее близким техническим решениемиз известных, является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащийтрехфазный трансформатор, линейный дроссель, выпрямительный мост, подключенный ктрехфазной вторичной обмотке трансформатора,в каждой фазе которой в разрыв нейтрализвезды включены два импульсно-управляемыхдросселя насыщения с совмещенными обмотками, выполненными в виде двух равныхпо числу" витков секций, соединенных в кзж. дой паре дросселей в параллельную цепь иэдвух ветвей, образованных перекрестнымсогласно. последовательным соединением двухсекций, принадлежзщих разным дросселямэтой пары, причем, к точкам перекрестного соединения секций обмоток дросселей пасы.щения каждой фазы подключены импульсныйисточник управляющего сигнала 31.Однако, такое устройство имеет значительныединамические броски тока через силовые элементы схемы устройства и низкие масса.габа.ритные показатели,Цель изобретения - демпфирование токанагрузки и токов управления дросселей насы.щения при импульсном изменении параметровнагрузки и улучшения масс. габаритных показателейУказанная цель достигается тем, что секцииобмоток дросселей нзсьпцения четных по очередности работы за период питающего напря.жения соединены в одну нулевую точку, асекции нечетных дросселей - в другую нулевую точку и между этими точками включенлинейный дроссель.На фиг. 1 изображена принципиальная схемапредложенного выпрямительного устройства;на фиг. 2 - внешняя характеристика преобра.зователя ОсЯ - В 1 с 4 )Выпрямительное устройство состоит из импульсно.управляемых дросселей 1 - 6 насыщенияс совмещенными обмотками, образующимидве трехлучевые звезды, между нулевымиточками которых включен линейный дроссель 7,трехфазного трансформатора 8, выпрямительного моста 9, нагрузки 10, блокирующихвентилей 11 - 13, и импульсных источников14 - 16 подмагничивания.Дроссели 1 - 6 насыщения могут быть такжевключены в разрыв нейтрали первичных об.моток трансформатора 8.Характеристика по фиг. 2 соответствуетрежиму вынужденному намагничиванию ДНС.На фиг, 2 обозначены:01 01 - выпрямленноенапряжение в режиме холостого хода и поднагрузкой; Т ,1 - ток нагрузки и токкороткого замыкания.Преобразователь переменного напряженияв постоянное работает следующим образом.При включении напряжения сети и подачеуправляющих импульсов напряжения с источников подмагничивания 14 - 16 в обмотках ДНС1 - 6 устанавливается среднее значение токаподмагничивания, равное одной третьей сум.мзрного тока управления,(фиг, 1), протекаю.щего в цепи линейного дросселя 7. При токенагрузки 1 б меньшем тока цепи управления 1, ДНС регулирующего действия неоказывают. Этому режиму работы выпрямительного устройства соответствует участок внешней характеристики, обозначенный на фиг. 2точками а.б, При токе нагрузки 1 д приблизительно равном току цепи управления 1 уначинается процесс регулирования напряжения,что сопровождается резким изменением градиента5внешней характеристики в точке б по фиг. 2.11 ри дальнейшем уменьшении сопротивлениянагрузки вплоть до рсжимз короткого замыкания ток нагрузки 1 1 остается неизменными равным приблизительно току цепи управления 1. При этом, градиент крутопадающего участка внешней характеристики б-кпо фиг. 2 темвыше, чем выше градиент вольтамперной характеристики ДНС в ненасыщенной области. В данном.преобразователе увели.чение тока нагрузки при коротком замыканиине происходит, так как он ограничиваетсялинейным дросселем 7 в цепи управления,тпостоянная времени которого С = - )-где 1. Р, - индуктивность и сойротивлениеУдросселя 7, Т - период питающего напряже.ния, го - . число фаз выпрямления,Аналогично протекают процессы и в схемевыпрямительного устройства, в котором ДНС1 - 6, включены в разрыв нейтрали первичныхобмоток трансформатора 8. Однако здесьизменяется количественное соотношение междутоком нагрузки 1,з 1 и током цепи управления 1, . Процесс регулирования напряженияпроисходит при 1 д = К 1где К- в . коэффнциент трансформации, И,1 и йэ - числавитков первичной и вторичной обмотоктрансформатора 8, - т.е. ток цепи управленияменьше тока нагрузки в число раз, равноеприблизительно коэффициенту трансформации.Очередность работы ДНС 1 - 6 за периоднапряжения первичного источника электроэнер.гии в управляемом режиме соответствует оче.редности работы вентилей выпрямительиогомоста 9. При этом форма кривой тока цепиуправления 1 и форма кривой тока нагруз.ки Той всегДа иДентичны и опРецелЯютсЯ вели.чиной индуктивности линейного дросселя 7.При достаточно большой индуктивности этогодросселя создается режим вынужденного намагничивания ДНС 1 - 6 и шестая гармоникаотсутствует как в токе нагрузки, так и втоке управления, т,е. осуществляется фильт.рация высших гармонических этих токов.Кроме того, включение линейного дросселя 7в общую цепь управления ДНС 1 - 6 являетсянаиболее эффективным средством демпфирования тока нагрузки в переходных режимах,7487356вызванных скачкообразным изменением пара.метров нагрузки. Это объясняется тем, чтонапряжение, выделяемое на этом дроссслеприкладывается к последовательно соединеннымДНС фазы, принимающей нагрузку, и ускоряетпроцесс перемагничивания дросселя, вступаю.щего в работу.Формула изобретения 10 Преобразователь переменного напряженияв постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, линейный дроссель, выпрямительныймост, подключенный к трехфазной вторичнойобмотке трансформатора, в каждой фазе кото 1 ч рой в разрыв нейтрали звезды включены дваимпульсно. управляемых дросселя насыщенияс совмещенными обмотками, выполненнымив виде двух равных по числу витков сскций,соединенных в каждой парс дросселей впараллельную цепь из двух ветвей, образованных перекрестным согласно послсдоватсльнымсоединением двух секций, принадлежащихразным.дросселям этой пары, причем, к точ-кам перекрестного соединения секций обмоток д дросселей насыщения каждой фазы подключенимпульсный источник управляющего сигнала,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюдемпфирования тока нагрузки и токов управления дросселей насыщения при импульсномизменении параметров нагрузки и улучшениямасс. габаритных показателей, секции обмотокдросселей насыщения четных по очередностиработы за период питающего напряжения сое.динены в одну нулевую точку, а секции нечетных дросселей - в другую нулевую точку 35и между этими точками включен линейныйдроссель. Источники информации,принятие во внимание при экспертизе401, Толстов Ю. Г. и др. Силовые полупроводниковые выпрямители, управляемые -дросселями насыщения, "Наука", 1968, с. 138 - 144.2, Авторское свидетельство СССР К 245842,кл. Н 03 Р 9/00, 1969,453. Обрусник В, П. и др. Статический eреоб.разователь напряжения мощностью 150 кВт.Информационный листок Яо 30 - 72, ТомскийЦНТИ, 1972.748735 Филиал ППП "Патент",г, Ужгород, ул. Проектна ЦНИИПИ ираж 783 аказ 4378/16 Подписное